JP6492492B2 - 発光装置及びその製造方法 - Google Patents
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Description
発光素子を準備し、
該発光素子上に、第1蛍光体を含む第1スラリーを用いて、スプレー法により第1蛍光体層を形成し、
前記第1蛍光体層上に、前記第1蛍光体の平均粒径よりも小さい平均粒径の第2蛍光体を含む第2スラリーを用いて、スプレー法により第2蛍光体層を形成することを含む。
また、本開示の発光装置は、
発光素子と、
該発光素子上に形成され、第1蛍光体及び第1樹脂を含む第1蛍光体層と、
該第1蛍光体層上に積層され、前記第1蛍光体よりも小さい平均粒径を有する第2蛍光体及び第2樹脂を含有する第2蛍光体層とを備える。
各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため、誇張していることがある。
本発明の発光装置の製造方法は、主として、
発光素子を準備し、
該発光素子上に、第1蛍光体を含む第1スラリーを用いて、スプレー法により第1蛍光体層を形成し、
前記第1蛍光体層上に、前記第1蛍光体の平均粒径よりも小さい平均粒径の第2蛍光体を含む第2スラリーを用いて、スプレー法により第2蛍光体層を形成することを含む。
発光素子と電気的に接続される接続端子が設けられた母材を備える基体を準備する工程、
基体に発光素子を実装する工程、
反射性部材を形成する工程、
基体及び/又は反射性部材を切断する工程などの1以上の工程を含むことが好ましい。
発光素子は、少なくとも半導体積層体を備える。半導体積層体は、例えば、第1半導体層(例えば、n型半導体層)、発光層、第2半導体層(例えば、p型半導体層)がこの順に積層されており、発光に寄与する積層体である。半導体積層体の厚みは、30μm程度以下が好ましい。
半導体層の成長用の基板としては、半導体層のエピタキシャル成長を可能とする基板が挙げられる。このような基板の材料としては、サファイア、スピネル等の絶縁性基板、窒化物系の半導体基板等が挙げられる。基板の厚みは、例えば、190μm程度以下が好ましく、150μm程度以下がより好ましい。
基板の成長面では、C面、A面等の所定の結晶面に対して0〜10°程度のオフ角を有していてもよい。
基板は、第1半導体層との間に、中間層、バッファ層、下地層等の半導体層又は絶縁層等を有していてもよい。
第1電極及び第2電極は、オーミック電極、金属膜、外部接続用電極等を含んでいてもよい。
発光素子上に、つまり、発光装置の光取り出し面となる面に、第1蛍光体層を形成する。第1蛍光体層は、発光素子に接触して形成することが好ましい。第1蛍光体層は、第1蛍光体を含む第1スラリーを用いて、スプレー法で形成する。
(i)アルミニウムガーネット系等のガーネット系蛍光体(例えば、セリウムで賦活されたイットリウム・アルミニウム・ガーネット(YAG)系蛍光体、セリウムで賦活されたルテチウム・アルミニウム・ガーネット(LAG)系蛍光体等)、
(ii)ユウロピウム及び/又はクロムで賦活された窒素含有アルミノ珪酸カルシウム(CaO−Al2O3−SiO2)系蛍光体、
(iii)ユウロピウムで賦活されたシリケート系((Sr,Ba)2SiO4)蛍光体、
(iv)β−SiAlON系蛍光体、
(v)CASN(CaAlSiN3:Eu)系又はSCASN系等の窒化物系蛍光体、
(vi)LnSi3N11系、LnSiAlON系等の希土類窒化物系蛍光体(Lnは希土類元素)、
(vii)BaSi2O2N2:Eu系、Ba3Si6O12N2:Eu系等の酸窒化物系蛍光体、
(viii)マンガンで賦活されたフッ化物錯体蛍光体(例えば、KSF系(K2SiF6:Mn)蛍光体)、
(ix)CaS系(CaS:Eu)、SrGa2S4系(SrGa2S4:Eu)、SrAl2O4系、ZnS系等の硫化物系蛍光体、
(x)クロロシリケート系蛍光体、
(xi)半導体材料、例えば、II−VI族、III−V族、IV−VI族半導体、具体的には、CdSe、コアシェル型のCdSxSe1-x/ZnS、GaP等のナノサイズの高分散粒子であるいわゆるナノクリスタル、量子ドット(Q−Dots)と称される発光物質などを、単独又は組み合わせて用いることができる。
なお、量子ドット蛍光体は、不安定であるため、PMMA(ポリメタクリル酸メチル)、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、これらのハイブリッド樹脂などで粒子の表面が被覆又は安定化されたものでもよい。
第1蛍光体は、発光スペクトル及び色度xyが同等の場合、比較的粒径の大きな蛍光体(以下、大粒径の蛍光体)を用いることが好ましい。粒径の大きな蛍光体は、蛍光体自体の輝度が高く、各粒子の隙間が大きいので、隙間から抜けてくる発光素子からの減衰しない直接光と、輝度が高い蛍光体粒子によって変換された光が混色されやすい、という性質をもつ。したがって、粒径の小さい同種類の蛍光体(以下、小粒径の蛍光体)を用いる場合に比較して、より光束を向上させることができる。
また、別の観点から、第1蛍光体は、粒径が10μm以上、12μm以上であるものがより好ましく、粒径が50μm以下、30μm以下、25μm以下であるものがより好ましい。ここで、粒径とは、第1蛍光体層の特定容量(例えば、数十μl〜数十ml)に含まれる第1蛍光体の全ての粒子数の50%以上が占める粒径を指し、60%以上、70%以上、80%以上が占める粒径であることがより好ましい。粒径は、電子顕微鏡、SEM観察等によって測定することができる。ここでの粒径は、平均粒径とすることができる。また、特定の粒径の粒子が占める割合は、第1蛍光体層の特定容量のサンプル(例えば、数十μl〜数十ml)を採取して算出することができる。
第1蛍光体は、平均粒径が10μm以上であり、第1蛍光体の粒子数の50%以上の粒子の粒径が10μm以上であるものが特に好ましい。
第1蛍光体は、第1蛍光体層の全質量の30〜90質量%で含有されることが好ましい。
シリンジ41、42内部には、スラリーSLと圧縮気体41b、42bとの間にプランジャー41a、42aが設けられている。プランジャー41a、42aは、スラリーSLと圧縮気体41b、42bを隔てるため、圧縮気体41b、42bのスラリーSLへの溶解を低減することができる。
スプレーノズル44には、液体通路としての配管43が接続されている。スプレーノズル44には、エアAを送り込むためのエアコンプレッサ(図示省略)が接続されている。スプレーノズル44は角度調整も可能であり、載置台50に対して傾斜させることができる。
そのために、上述したスプレー法によって、発光素子に対するスプレー噴射を均一に繰り返し、所望の厚みが得られるまで積層することが好ましい。例えば、上述した平均粒径の第1蛍光体を用いる場合には、使用する樹脂量にもよるが、例えば、数回〜十数回積層することが好ましい。この場合、第1蛍光体の平均粒径が上述した範囲内のものであれば、用いる蛍光体の種類及び量、第1樹脂の種類又は屈折率等が異なっていてもよい。
第1蛍光体層上に、第2蛍光体を含む第2スラリーを用いて、スプレー法により第2蛍光体層を形成する。第2蛍光体は、第1蛍光体よりも小さい平均粒径を有する。第2蛍光体層は、第1蛍光体層の上に、第1蛍光体層に接触して形成することが好ましい。これによって、より薄い蛍光体層を形成することができる。
第2蛍光体は、第1蛍光体と同じ又は異なる種類のいずれの蛍光体でもよい。
また、別の観点から、第2蛍光体は、粒径が10μm未満、8μm以下である小粒径の蛍光体を用いることがより好ましい。
ここで、粒径とは、第2蛍光体層の特定容量(例えば、数十μl〜数十ml)に含まれる第2蛍光体の全ての粒子数の50%以上が占める粒径を指し、60%以上、70%以上、80%以上が占める粒径であることがより好ましい。粒径は、電子顕微鏡、SEM観察等によって測定することができる。ここでの粒径は、平均粒径とすることができる。また、特定の粒径の粒子が占める割合は、第2蛍光体層の特定容量のサンプル(例えば、数十μl〜数十ml)を採取して算出することができる。
第2蛍光体は、平均粒径が10μm未満であり、第2蛍光体の粒子数の50%以上の粒子の粒径が10μm未満であるものが特に好ましい。
第2蛍光体は、第2蛍光体層の全質量の30〜90質量%で含有されることが好ましい。
第2蛍光体:樹脂:溶剤の質量比は、第1スラリーと同様の範囲とすることができる。第2スラリーは、第1スラリー中の第1樹脂の割合と同等でもよいし、大きな又は小さな割合でもよいが、第1樹脂よりも、大きな割合で第2樹脂を含むことが好ましい。
第2蛍光体層中の第2蛍光体の質量は、第1蛍光体層中の第1蛍光体の質量と同様の範囲とすることができる。第2蛍光体層中の第2蛍光体の質量は、第1蛍光体層中の第1蛍光体の質量と同等でもよいし、大きな又は小さな質量でもよいが、第1樹脂よりも少ないことが好ましい。
第1蛍光体層において、第1蛍光体をより多く発光素子上に配置し、かつ、第2蛍光体層によって、第1蛍光体層及び第1蛍光体を確実に被覆して、第1蛍光体の脱落を回避するためである。
第2蛍光体層の形成は、第1蛍光体層のスプレー及び仮硬化に連続して、つまり、仮硬化の直後に行うことが好ましい。これによって、第1蛍光体層と第2蛍光体層との界面の形成を緩和させることができ、両者の密着性を向上させることができる。
このような薄い厚みとすることにより、反射性部材での被覆の有無にかかわらず、発光素子から出射される光を、第2蛍光体層の側面から出射させることなく、光取り出し面の1方向にのみ取り出すことができる。よって、光取り出し効率を向上させることができる。また、第2蛍光体を、第2蛍光体層の厚み方向において略均一に分布させることができる。
上述したように、発光素子の準備の際に、基体を準備し、発光素子を基体上に搭載することが好ましい。
基体は、母材と、少なくとも母材の上面に正負に対応する一対の接続端子とを備える。
基体の形状は特に限定されず、例えば、少なくとも第1主面が、長手方向と、長手方向に交差又は直交する短手方向を備える形状であることが好ましい。基体の厚みは、例えば、最も厚膜の部位において、500μm程度以下が好ましい。また、40μm程度以上が好ましい。
母材は、例えば、金属、セラミック、樹脂、誘電体、パルプ、ガラス、紙又はこれらの複合材料(例えば、複合樹脂)、あるいはこれら材料と導電材料(例えば、金属、カーボン等)との複合材料等が挙げられる。金属としては、銅、鉄、ニッケル、クロム、アルミニウム、銀、金、チタン又はこれらの合金を含むものが挙げられる。セラミックとしては、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸化ジルコニウム、窒化ジルコニウム、酸化チタン、窒化チタン又はこれらの混合物を含むものが挙げられる。複合樹脂としては、ガラスエポキシ樹脂等が挙げられる。
一対の接続端子は、発光素子が接続される基体の少なくとも上面に形成されていればよい。
接続端子は、発光素子と接続される素子接続部と、発光装置の外部と接続される外部接続部とを有する。外部接続部は、基体の上面のみならず、下面、側面、内部に設けられていてもよい。
接続端子は、メッキ等で母材上に形成された薄膜状であってもよく、板状の金属を成形して形成されたリードフレームであってもよい。
発光素子をフリップチップ実装する場合、通常、第1電極及び第2電極を、接合部材によって、上述した基体の接続端子と接合する。このような接合部材は、当該分野で公知の導電性の接合部材が挙げられる。具体的には、例えば、錫-ビスマス系、錫-銅系、錫-銀系、金-錫系などの半田(具体的には、AgとCuとSnとを主成分とする合金、CuとSnとを主成分とする合金、BiとSnとを主成分とする合金等)、共晶合金(AuとSnとを主成分とする合金、AuとSiとを主成分とする合金、AuとGeとを主成分とする合金等)銀、金、パラジウムなどの導電性ペースト、バンプ、異方性導電材、低融点金属などのろう材等が挙げられる。なかでも、半田を用いることにより、上述した接続端子の形状を適切に設定することで、高精度のセルフアライメント効果を発揮させることができる。よって、発光素子を適所に実装することが容易となり、量産性を向上させ、より小型の発光装置を製造することができる。
また、発光素子がフェイスアップ実装される場合には、第1電極及び/又は第2電極は、Au等の導電ワイヤを用いて、接続端子に接続してもよい。
発光素子を準備した後に、発光素子の側面を被覆する反射性部材を形成することが好ましい。発光素子の側面に接触するように反射性部材を形成することがより好ましい。特に、反射性部材を、フリップチップ実装した発光素子の側面に接触し、かつ発光素子と基体との間を埋め込むよう形成することがさらに好ましい。
反射性部材は、発光素子からの光に対する反射率が60%以上、70%以上、80%以上又は90%以上の遮光性材料とすることがより好ましい。そのために、樹脂に、二酸化チタン、二酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、チタン酸カリウム、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ムライト、酸化ニオブ、酸化亜鉛、硫酸バリウム、各種希土類酸化物(例えば、酸化イットリウム、酸化ガドリニウム)などの光反射材、光散乱材等の着色材、上述した無機フィラー等の添加物を含有させてもよい。
これらの添加物は、例えば、反射性部材の全質量に対して、10〜95質量%程度、20〜80質量%程度、30〜60質量%程度含有させることが好ましい。
さらに、反射性部材を放熱性の高い材料で形成することによって、発光装置の小型化を維持したまま、放熱性を向上させることができる。
反射性部材の厚みは、発光素子の側面から光が漏れない程度の厚みであれば、その使用材料等によって、適宜設定することができる。
反射性部材は、発光素子を準備した後、第1蛍光体層及び第2蛍光体層の形成前に、発光素子の側面を被覆するように形成することが好ましい。この場合、第1蛍光体層及び第2蛍光体層は、発光素子の上面のみを被覆してもよいし、発光素子と反射性部材との双方の上面に形成してもよい。
基体に複数の発光素子が実装され、個々又は一群の発光素子ごとに分離する場合、基体を発光素子の大きさに一致させる場合、反射性部材を複数の発光素子に対して一括して形成した場合など、任意に、基体及び/又は反射性部材を、所定の形状及び大きさに切断することが好ましい。この切断は、第1蛍光体層及び第2蛍光体層の形成前後のいずれであってもよい。切断には、ダイサー、レーザなどを用いることができる。
本開示の発光装置は、発光素子と、
該発光素子上に形成され、第1蛍光体及び第1樹脂を含む第1蛍光体層と、
該第1蛍光体層上に積層され、前記第1蛍光体よりも小さい平均粒径を有する第2蛍光体及び第2樹脂を含有する第2蛍光体層とを備える。
さらに、発光素子の側面を被覆する反射性部材を有していてもよい。
このような構成を有することにより、大粒径の第1蛍光体を含む第1蛍光体層によって光束を向上させることができる。同時に、小〜中粒径の第2蛍光体を含む第2蛍光体層によって、第1蛍光体同士の隙間から、発光素子から出射される光の抜けを防止することができる。その結果、色むら、配光や色温度の特性、色調歩留まりを向上させることができる。
この実施の形態の発光装置の製造方法では、図1Aに示すように、まず、発光素子11を準備する。この準備の際に、発光素子11を、発光素子11と電気的に接続される接続端子17が設けられた母材18を備える基体19に、Au−Sn半田からなる接合部材16によって実装する。
第1スラリーでの塗布により、色度xが0.320〜0.330とする塗布は、予め、予備塗布を行って、例えば、4〜6層の積層(厚み:25〜40μm程度)により行うことができる。
ここでの第2スラリーは、第2蛍光体14として平均粒径が7〜8μmのYAG系蛍光体、第2樹脂としてフェニル系のシリコーン樹脂、溶剤としてファインソルブE(炭酸エステル系溶剤、三協化学株式会社製)及びフィラーとしてアエロジルを含有するように調製する。第2スラリーにおけるこれらの質量比は、第2蛍光体:第2樹脂:第2溶剤:フィラー=10:15:25:1である。第2スラリーの粘度は、5.5mPa・s程度である。
第2スラリーの塗布により、色度xを調整するために、予め、予備塗布を行うことが好ましい。これによって、上述したように、発光素子11上に塗布された第1スラリーの色度を換算した値を利用して、意図する色度(例えば、x=0.3451)との差異から、第2スラリーの塗布量を決定することができる。この塗布量から、第2スラリーのスプレー塗布を、例えば、1〜5層の積層(厚み:5〜35μm程度)と設定する。
この発光装置10では、大粒径の第1蛍光体を含む第1蛍光体層が発光素子上に配置されているために、効率的に第1蛍光体によって波長変換された光を取り出すことができ、光束を向上させることができる。
また、小〜中粒径の第2蛍光体層により、発光素子から出射される未波長変換光が効果的に波長変換されるために、第1蛍光体層からの未波長変換光の抜けによる色むら、配光や色温度の特性の悪化を抑制することができる。
さらに、蛍光体層の全厚みを効果的に低減させることができ、塗布安定性及び制御性を向上させることができ、色調歩留まりの低下を低減することが可能となる。
この実施の形態の発光装置の製造方法は、図2Aに示すように、まず、一対の電極11a、11bを有する発光素子11を準備する。この準備の際に、発光素子11の一対の電極11a、11bを、発光素子11と電気的に接続される接続端子27が設けられた母材28を備える基体29に、Au−Sn半田からなる接合部材16によって実装する。
反射性部材26は、シリコーン樹脂と、二酸化チタン(45質量%)とからなる。
マスクMを用いることにより、第1蛍光体層23及び第2蛍光体層25の側面は、反射性部材26の側面に一致し、第1蛍光体層23及び第2蛍光体層25は、反射性部材26の側面に付着しない。
され、発光素子11及び反射性部材26の上面に、第1蛍光体層23及び第2蛍光体層25がこの順に積層されている。
この製造方法及び発光装置の構成以外は、実施の形態1と同様である。従って、実施の形態1における発光装置及びその製造方法での効果と実質的に同様の効果を有する。
この実施の形態の発光装置30の製造方法では、図3に示すように、発光素子11を準備する際に、複数の発光素子11を、1つの基体39上に実装する。
そして、反射性部材26を、複数の発光素子11に対して一体的に形成する。
さらに、第1蛍光体層33及び第2蛍光体層35を、複数の発光素子11及びそれらの側面を一体的に被覆する反射性部材26の上面全体にわたって形成する。
これらの製造方法及び発光装置の構成以外は、実施の形態1及び2と同様である。従って、実施の形態1及び2における発光装置及びその製造方法での効果と実質的に同様の効果を有する。
この実施の形態の発光装置の製造方法では、実施の形態3で製造された発光装置30を、1つの発光素子ごとに、レーザスクライブにより切断することにより、1つの発光素子によって構成される発光装置を製造することができる。
ここで、複数の発光素子を搭載する基板は、個片化工程後の各発光装置の基体が、複数個、マトリクス状(複数列と複数行)に連なって複合基板として構成されている。このような複合基体は、母材の上面から裏面に及ぶスリットを有している。接続端子は、このスリットの内壁を通って、複合基体の母材の上面から下面に連続して設けられ、1つの発光素子ごとに切断された場合に、独立して一対の接続端子として機能し得る形態を採っている。
11 発光素子
11a、11b 電極
12、22 第1蛍光体
13、23、33 第1蛍光体層
14、24 第2蛍光体
15、25、35 第2蛍光体層
16 接合部材
17、27、37 接続端子
18、28、38 母材
19、29、39 基体
26 反射性部材
M マスク
40 パルススプレー装置
41、42 シリンジ
41a、42a プランジャー
41b、42b 圧縮気体
43 配管
44 スプレーノズル
50 載置台
A エア
SL スラリー
Claims (12)
- 発光素子を準備し、
該発光素子の全側面に接触する反射性部材を形成し、
第1蛍光体層を形成する領域以外の基板上の領域にマスクを形成し、
前記発光素子及び前記反射性部材上に、第1蛍光体を含む第1スラリーを用いて、スプレー法により、前記マスクを介して、前記第1蛍光体層を形成し、
前記第1蛍光体層上に、前記第1蛍光体の平均粒径よりも小さい平均粒径の第2蛍光体を含む第2スラリーを用いて、前記マスクを介して、スプレー法により第2蛍光体層を形成し、
前記第2蛍光体層の形成後に前記マスクを除去して前記第1蛍光体層及び前記第2蛍光体層の側面を一致させることを含む発光装置の製造方法。 - 前記第1蛍光体の平均粒径を10μm以上とし、前記第2蛍光体の平均粒径を10μm未満とする請求項1に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1蛍光体層の厚みを、前記第2蛍光体層の厚みよりも大きくする請求項1又は2に記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1蛍光体層の厚みを200μm以下とし、前記第2蛍光体層の厚みを100μm以下とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1蛍光体層を、前記発光素子に接触して形成し、前記第2蛍光体層を前記第1蛍光体層に接触して形成する請求項1〜4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1スラリー及び第2スラリーに、さらに樹脂及び溶剤を含有させる請求項1〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記第1スラリー及び第2スラリーを、前記第1蛍光体又は前記第2蛍光体:樹脂:溶剤=2〜40:5〜20:10〜200の質量比とする請求項6に記載の発光装置の製造方法。
- 前記スプレー法としてパルス式のスプレー法を利用する請求項1〜7のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 発光素子と、
該発光素子の全側面に接触する反射性部材と、
前記発光素子及び前記反射性部材上に形成され、前記反射性部材の側面と一致する側面を有し、第1蛍光体及び第1樹脂を含む第1蛍光体層と、
該第1蛍光体層上に積層され、前記反射性部材及び第1蛍光体層の側面と一致する側面を有し、前記第1蛍光体よりも小さい平均粒径を有する第2蛍光体及び第2樹脂を含有する第2蛍光体層とを備える発光装置。 - 前記第1蛍光体層の厚みが、第2蛍光体層の厚みよりも大きい請求項9に記載の発光装置。
- 前記第1蛍光体層は、厚み方向にわたって前記第1樹脂に前記第1蛍光体が均一に分布している請求項9又は10に記載の発光装置。
- 前記第2蛍光体層は、厚み方向にわたって前記第2樹脂に前記第2蛍光体が均一に分布している請求項9〜11のいずれか1つに記載の発光装置。
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